Auswirkungen von Typ 2 Diabetes Mellitus auf das Frakturverhalten und die biomechanischen Eigenschaften im kortikalen Knochen


Project Title
Auswirkungen von Typ 2 Diabetes Mellitus auf das Frakturverhalten und die biomechanischen Eigenschaften im kortikalen Knochen
 
Funding Code
02fmthh2020
 
 
Principal Investigator
 
 
Status
Laufend
 
Duration
01-01-2021
-
31-12-2021
 
 
Abstract
Projektpartner:
M.Sc., Eva Maria Wölfel
Heisenberg Forschungsgruppe & Bioengineering
Institut für Osteologie und Biomechanik
UKE

Prof. Dr. Björn Busse
Heisenberg Forschungsgruppe & Bioengineering
Institut für Osteologie und Biomechanik
UKE

Ausgangssituation:
Bei der metabolischen Erkrankung Typ 2 Diabetes Mellitus besteht eine Unempfindlichkeit der Zellen gegenüber des Hormons Insulin. Aufgrund der alternden Gesellschaft, einem zunehmend gesetzten Lebensstil sowie erhöhtes Vorkommen von Übergewicht steigt die Prävalenz von Typ 2 Diabetes Mellitus weiter an. Im Verlauf der Krankheit kann es zu Schädigungen des kardiovaskulären Systems, der Nieren und Nerven kommen. Zusätzlich geht Typ 2 Diabetes Mellitus mit einem erhöhten Frakturrisiko einher, dessen Ursachen bislang unzureichend erforscht sind. Dieses liegt auch an der Tatsache, dass entsprechende Technologien das Frakturrisiko bei Diabetes nicht darstellen können. Patienten mit Typ 2 Diabetes Mellitus zeigen oft trotz erhöhtem Frakturrisiko eine normale oder sogar erhöhte Knochenmineraldichte auf. Da die Diagnose eines erhöhten Frakturrisikos bisher auf der Bestimmung der Knochenmineraldichte basiert, wird die Diagnose von Diabetes Patienten mit erhöhtem Frakturrisiko erschwert. Entscheidende Knochenmaterialqualitätsparameter können jedoch nicht ohne weiteres mit den aktuell vorhandener Medizintechnik und klinischen Bildgebungsmodalitäten quantifiziert werden. Zur Bestimmung der zugrundeliegenden Mechanismen der diabetischen Knochenkrankheit sind daher Analysen am Knochengewebe erforderlich, um Daten erheben zu können welche dann in die Verbesserung der medizinisch-technischen Diagnosemöglichkeiten einfließen können.

Zielsetzung:
Obwohl es bereits erste Studien gibt, welche die Veränderungen der Knochenmaterialqualität unter Typ 2 Diabetes Mellitus analysieren, fehlt es bislang an direkten Korrelationen zwischen Knochenmaterialqualitätsparametern und dem Frakturverhalten von diabetischen Knochen. Aus diesem Grund sollen in diesem Projekt die Kollagen- und Mineraleigenschaften, als maßgebliche Bestandteile der Knochenmatrix, mit der Bruchzähigkeit und dem Kriechverhalten der diabetischen Knochenmatrix korreliert werden, um die veränderte Knochenmatrix mit dem Frakturverhalten zu verstehen.

Vorgehensweise:
Um das Frakturverhalten von Knochen im Labor zu ermitteln, werden zunächst Bruchzähigkeitstests in an diabetischen und gesunden Knochen durchgeführt. Für die Festigkeit des Knochens spielt der Mineralgehalt eine entscheidende Rolle. Daher werden die Knochendichte und der Mineralgehalt der Probe mit Hilfe von hochauflösender Bildgebung bestimmt. Zur Untersuchung des Verhaltens des Knochens unter Belastung, werden die Knochenproben mit einer Indenterspitze punktiert. Aufgrund der verschiedenen Methoden kann das Frakturverhalten mit Informationen zur Knochenmaterialqualität (Mineralisation, Knochendichte, Steifigkeit) korreliert und so der Einfluss von Diabetes Mellitus auf die Eigenschaften der Knochenmatrix näher definiert werden. Ziel ist es die Haupteinflussfaktoren zu identifizieren, die mit dem Frakturrisiko bei Diabetes korrelieren. Diese Faktoren sollen dann in die Diagnoseprotokolle von aktuellen medizinisch-technischen Bildgebungssystemen implementiert werden, um die Knochengesundheit von Diabetespatienten genauer zu beobachten und langfristig zu schützen.